Oscilatorno kretanje i pojmovi koji ga opisuju

Harmonijske oscilacije

U prirodi nas okružuju mnoga kretanja koja se posle određenog vremena ponavljaju – od kruženja planeta oko Sunca, preko njihanja ljuljaške u parku, pa sve do otkucaja našeg srca. Takvo kretanje, koje se pravilno ponavlja, naziva se periodično kretanje.

Kada se neko telo kreće po pravoj liniji tako što ide napred-nazad oko jednog srednjeg položaja, to kretanje nazivamo oscilovanje, a niz takvih pravilnih kretanja su harmonijske oscilacije.

Ključni pojmovi koje treba da zapamtiš:

• Ravnotežni položaj: To je mesto gde telo miruje kada na njega ne deluje nikakva sila (ili kada su sve sile koje na njega deluju u ravnoteži).
• Elongacija: Kada telo počne da osciluje, ono se udaljava od ravnotežnog položaja. Trenutna udaljenost tela od tog srednjeg položaja naziva se elongacija. Meri se u metrima (m).
• Amplituda: To je najveća moguća udaljenost koju telo postigne tokom oscilovanja (maksimalna elongacija). I ona se meri u metrima (m).
• Restituciona (povratna) sila: Da bi telo uopšte oscilovalo, mora da postoji sila koja ga uvek vuče nazad ka ravnotežnom položaju. Što je telo dalje od ravnoteže, ova sila je jača, a smer joj je uvek suprotan od smera udaljavanja tela.
• Inercija: Kada povratna sila vrati telo do ravnotežnog položaja, ono se tamo ne zaustavlja. Zbog inercije, telo ima težnju da nastavi kretanje i zato samo proleti kroz ravnotežni položaj na drugu stranu, sve dok ga povratna sila ponovo ne zaustavi i vrati nazad.
• Period oscilovanja ($T$): Vreme koje je potrebno da telo napravi jednu punu oscilaciju (da ode i da se vrati u početni položaj). Meri se u sekundama ($s$).
• Frekvencija ($\nu$): Broj punih oscilacija koje telo izvrši u jednoj sekundi. Meri se u Hercima ($Hz$). Što jedna oscilacija duže traje, to je frekvencija manja (ove dve veličine su obrnuto srazmerne).

Osnovne formule:

Veza između restitucione sile ($F_r$) i udaljenosti od ravnotežnog položaja ($x$):

$$F_r = -k \cdot x$$

(Znak minus nam pokazuje da su sila i udaljenost uvek suprotnog smera.)

Veza između frekvencije ($\nu$) i perioda oscilovanja ($T$):

$$\nu = \frac{1}{T}$$

Proveri šta si naučio

Razmisli o pitanju, pa klikne na link da proveriš da li je tvoj odgovor tačan!

1. Kako se naziva kretanje koje se posle izvesnog vremena ponavlja na isti način?
   
   Klikni ovde za odgovor

   Takvo kretanje se naziva periodično kretanje.

2. Šta je to ravnotežni položaj tela?
   
   Klikni ovde za odgovor

   To je položaj u kome telo miruje kada na njega ne deluje nikakva sila, odnosno kada je zbir svih sila koje na njega deluju jednak nuli.

3. Koja je razlika između elongacije i amplitude?
   
   Klikni ovde za odgovor

   Elongacija je bilo koja trenutna udaljenost tela od ravnotežnog položaja, dok je amplituda maksimalna (najveća) udaljenost koju telo tokom oscilovanja može da dostigne.

4. U kojim jedinicama se mere elongacija i amplituda?
   
   Klikni ovde za odgovor

   Pošto predstavljaju udaljenost, obe veličine se mere u metrima (m).

5. Zašto se telo ne zaustavi u ravnotežnom položaju kada ga restituciona sila vrati u njega?
   
   Klikni ovde za odgovor

   Telo se ne zaustavlja zbog inercije. Telo koje je u pokretu ima težnju da nastavi svoje kretanje, pa zato samo prođe kroz ravnotežni položaj.

6. Kako se ponaša restituciona sila kada se udaljenost tela od ravnotežnog položaja povećava?
   
   Klikni ovde za odgovor

   Što je udaljenost tela veća, to je i restituciona sila veća, ali je njen smer uvek suprotan od smera udaljavanja (uvek vuče nazad ka centru).

7. Šta je to period oscilovanja i koja je njegova merna jedinica?
   
   Klikni ovde za odgovor

   Period oscilovanja je trajanje jedne pune oscilacije. Obeležava se slovom T, a merna jedinica je sekunda (s).

8. Kako se definiše frekvencija i kako je povezana sa periodom oscilovanja?
   
   Klikni ovde za odgovor

   Frekvencija je broj oscilacija koje telo izvrši u jednoj sekundi. Ona je obrnuto srazmerna periodu oscilovanja, što izražavamo formulom $\nu = \frac{1}{T}$. Merna jedinica je Herc (Hz).